全 文 ：化学与生物工程 2008 , Vol.25 No.2　Chemist ry &Bioengineering 29　
基金项目:甘肃省自然科学基金资助项目(3ZS042-B25-006)
收稿日期:2007-11-06
作者简介:张庆芳(1972-),女 ,甘肃天水人 , 硕士 ,讲师 , 主要从事水污染治理的研究。
改性花生壳吸附水中 Cr6+的研究
张庆芳 ,杨国栋 ,孔秀琴 ,赵　祥
(兰州理工大学石油化工学院 ,甘肃 兰州 730050)
　　摘　要:研究了改性花生壳对 Cr6+的吸附作用 , 并探讨了溶液的 pH 值 、Cr 6+初始浓度 、吸附时间 、温度及改性花生
壳用量等因素对 Cr6+吸附效果的影响。结果表明 , 在温度为 33℃、改性花生壳用量为 1.0 g、20 mg · L-1的C r6+溶液 50
mL、溶液的 pH 值为 2.0、振荡吸附时间为 120 min 的条件下 , Cr6+的吸附去除率达到了 98.4%。
关键词:改性花生壳;Cr6+;吸附
中图分类号:X 78　　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:1672-5425(2008)02-0029-03
　　金属表面处理 、含铬矿石的加工 、皮革鞣制 、印染
等行业在生产过程中都排放大量含 C r6+的工业废水。
废水中的 Cr6+主要以 CrO 2-4 、Cr2O 2-7 的形式存在 ,具
有很强的氧化性 。研究表明 ,六价铬的毒性比三价铬
高 100倍 ,而且更易被人体吸收并在体内蓄积 ,导致肝
癌 ,因此我国已把六价铬规定为实施总量控制的指标
之一[ 1] 。目前 ,对于重金属废水的处理方法主要有化
学还原沉淀法 、离子交换法 、电化学还原法 、蒸发回收
法和吸附法等[ 2] 。但是这些方法一般只适用于重金属
离子浓度较高的情况 ,当重金属离子的浓度低于 100
mg · L-1时 ,传统的物理化学方法处理难度大 、成本
高。
近年来 ,利用廉价的农林废弃物作为吸附剂处理
低浓度的重金属废水引起了人们的重视 。目前研究使
用的农林废弃物包括制糖甜菜废丝 、甘蔗渣 、稻草 、大
豆皮 、花生壳 、玉米芯等。这些原料具有天然的交换能
力和吸收特性[ 3] 。
作者对花生壳进行改性处理 , 用于吸附去除水中
C r6+ ,并研究了多种因素对 Cr6+吸附效果的影响 ,为
低浓度含 Cr6+废水的处理提供一定的科学依据。
1　实验
1.1　材料与仪器
花生壳购于当地农贸市场 ,用自来水洗涤去除土
壤和杂质 ,室温下风干 ,粉碎过 0.5 mm 筛 ,然后与去
离子水充分混匀 ,浸泡 24 h ,去除细小悬浮物质和可
溶性物质 ,室温下风干备用。
PHS-4型酸度计 ,上海大普仪器有限公司;SHZ-
C 型水浴恒温振荡器 ,上海跃进医疗器械厂;T HZ-92B
型气浴恒温振荡器 ,上海博讯实业有限公司医疗设备
厂;WFZ UV-2100型紫外可见分光光度计 ,尤尼柯仪
器有限公司。
1.2　Cr6+溶液的制备
称取于 120℃干燥 2 h 的 K 2 Cr2 O 7(优级纯)
0.2829 g ,用蒸馏水溶解后 ,移入 1000 mL 容量瓶中 ,
用水稀释至标线 ,摇匀 ,此时溶液中 C r6+浓度为 100
mg ·L-1 ,将此作为标准溶液 ,根据需要配制成相应浓
度的溶液 。
1.3　花生壳的改性处理[ 4]
称取 50 g 过 0.5 mm 筛并经水洗的花生壳 ,置于
2.5 L 的大烧杯中 ,加入 500 mL 1 mol · L-1磷酸溶
液 ,搅拌 1 h后 ,离心去除液体部分 ,50℃下烘干 ,然后
升温至 180℃加热 1.5 h ,用 75℃去离子水清洗 ,去除
游离的磷酸 ,然后在 50℃下烘干备用 。
1.4　吸附实验
准确移取 50 mL 一定浓度的C r6+溶液于150 mL
碘量瓶中 ,用 0.1 mol·L-1 HNO 3或N aOH 调节溶液
的 pH 值 ,加入一定量的改性花生壳 ,置于水浴恒温振
荡器中振荡一定的时间 ,静置片刻后过滤 ,用二苯碳酰
二肼分光光度法测定滤液中的 Cr6+浓度[ 1] 。Cr+6的
去除率 E 按下式计算:
E=c0 -ce
c 0
×100%
式中 , c0是吸附前溶液中 Cr6+的浓度 , mg · L-1 ;
ce是吸附平衡后溶液中 C r6+的浓度 ,mg ·L-1 。
2　结果与讨论
2.1　吸附时间对 Cr6+去除率的影响
张庆芳等:改性花生壳吸附水中 Cr6+的研究/2008 年第 2 期30　
在 33℃时 ,取 1.0 g 改性花生壳投于 50 mL 20
mg ·L -1的 Cr6+溶液中 ,控制溶液的 pH 值为 2.0 ,研
究吸附时间对 Cr6+去除率的影响。结果见图 1。
图 1　吸附时间对 Cr6+去除率的影响
Fig.1　The effect of adsorption time on removal rate of Cr6+
由图 1可见 ,改性花生壳对 Cr6+的去除率随吸附
时间延长逐渐升高。在开始的 40 min内 ,C r6+的去除
率随时间的延长而快速升高 ,在 40 min时 , Cr6+的去
除率就达到了 80.89%;随后上升趋势变缓 , 在
120 min时 ,C r6+的去除率达到 98.4%,随后基本保持
稳定 ,说明吸附达到平衡 ,故本实验选择吸附时间为
120 min 。
2.2　pH值对 Cr6+去除率的影响
在 33℃时 ,取 1.0 g 改性花生壳投于 50 mL 20
mg ·L -1的 Cr6+溶液中 ,吸附时间为 120 min ,研究
pH 值对 C r6+去除率的影响。结果见图 2 。
图 2　pH值对 Cr6+去除率的影响
Fig.2　The effect of pH value on removal rate of Cr6+
由图 2可见 ,溶液的 pH 值对改性花生壳吸附去
除 Cr6+有很大的影响 。随着溶液 pH 值的增大 ,花生
壳对 Cr6+的去除率呈快速下降的趋势 。pH 值在 1.5
～ 2.5时 , Cr6+的去除率保持在较高的水平且下降缓
慢;pH 值在 3.0 ～ 6.0 时 , Cr6+的去除率迅速下降。
产生这种现象的原因与改性花生壳表面功能基团带电
状态 、Cr6+在水溶液中的形态分布及 pH 值有关。理
论计算表明 , pH 值较低时 , 溶液中的 Cr6+主要以
HCrO -4 、Cr2O 2-4 形式存在[ 5] ,花生壳表面功能基团氨
基 、羟基接受质子 H + ,形成正电性的-NH+3 、-OH+2
吸附中心 ,通过静电作用 ,铬阴离子可被正电吸附中心
所吸附;随着溶液 pH 值的增大 , 虽然 Cr6+仍然以
HCrO -4 、Cr2O 2-4 形式存在 ,但是花生壳表面正电吸附
中心数目却在减少[ 6] ,导致对铬阴离子吸附量的减小 ,
最终降低了C r6+的去除率。可见 ,要使C r6+的去除率
达到较高的程度 ,应控制溶液的 pH 值小于 2.5。本
实验控制 Cr6+溶液的 pH 值为 2.0。
2.3　改性花生壳用量对 Cr6+去除率的影响
在 33℃时 ,取 50 mL 20 mg ·L -1的 Cr6+溶液 ,控
制溶液的 pH 值为 2.0 ,吸附时间为 120 min ,研究改
性花生壳用量对 C r6+去除率的影响 。结果见图 3。
图 3　改性花生壳用量对 Cr6+去除率的影响
Fig.3　The effect of modified peanut shell dosage
on removal rate of Cr6+
由图3可见 ,随着花生壳用量的增加 ,Cr6+的去除
率逐渐上升 。原因是吸附剂量的增加一方面增大了吸
附表面积 ,另一方面增加了参与吸附的官能团的数目 。
当花生壳用量大于1.0 g 时 ,Cr6+的去除率趋于稳定 ,说
明吸附处于平衡状态 ,再增加吸附剂量已经没有意义 。
2.4　Cr6+初始浓度对 Cr6+去除率的影响
在 33℃时 ,取 1.0 g 改性花生壳投于 50 mL 的
C r
6+溶液中 , 控制溶液的 pH 值为 2.0 , 吸附时间
120 min ,研究不同 C r6+初始浓度对 C r6+去除率的影
响。结果见图 4。
图 4　Cr6+初始浓度对 Cr6+去除率的影响
Fig.4　The effect of initial concentrateion of Cr6+
on removal rate of Cr6+
张庆芳等:改性花生壳吸附水中 Cr6+的研究/2008年第 2期 31　
由图 4可见 ,随着 Cr6+初始浓度的增加 , Cr6+的
去除率呈下降趋势 。当改性花生壳的加入量一定时 ,
其含有的活性吸附位点数也一定 , Cr6+浓度的增加会
相应增大水溶液中未被吸附的 Cr6+的数量 ,导致C r6+
的去除率降低。因此 ,应根据 C r6+初始浓度的变化调
整改性花生壳的投加量 ,以获得较好的去除效果。
2.5　温度对 Cr6+去除率的影响
取 0.2 g 改性花生壳投于 50 mL 20 mg ·L-1的
C r
6+溶液中 ,控制溶液的 pH 值为 2.0 , 吸附时间为
120 min ,研究温度对Cr6+去除率的影响 。结果见图 5。
图 5　温度对 Cr6+去除率的影响
Fig.5　The effect of temperature on removal rate of Cr6+
由图 5可见 ,在 23 ～ 40℃时 ,花生壳对 Cr6+的去
除率有所上升 ,但是升幅不大;在40 ～ 50℃时 , Cr6+的
去除率上升显著 。这可能是因为溶液的温度升高时 ,
有利于化学吸附克服活化能的障碍 ,加快了粒子内扩
散速度 ,从而提高了 Cr6+的去除率[ 7] 。也可能是产生
了一些新的吸附位点 。
2.6　改性花生壳和普通花生壳对 Cr6+去除率的比较
在 33℃时 ,取 50 mL 20 mg ·L -1的 Cr6+溶液 ,控
制溶液的 pH 值为 2.0 ,吸附时间为 120 min ,分别加
入 1.0 g 改性花生壳和普通花生壳 ,比较两者对 C r6+
的去除率 。结果显示 ,改性花生壳对 Cr6+的去除率为
98.4%,普通花生壳对 Cr6+的去除率为 87.5%,说明
改性处理可提高花生壳对 Cr6+的吸附。原因可能在
于改性后:(1)改善表面性质 , 增大比表面积 , 疏通孔
道 ,去除杂质[ 8] ;(2)去除某些物质 ,使花生壳的一些活
性基团露出表面 ,增加与 C r6+作用的机会;(3)花生壳
的某些基团与磷酸作用后 ,其基团的特性可发生变化 ,
增强了其与 Cr6+作用的能力[ 4] 。
3　结论
(1)改性花生壳对 Cr6+有很强的吸附性 。其对
C r6+的吸附去除率与吸附时间 、溶液的 pH 值 、花生壳
的用量 、Cr6+的初始浓度及温度等因素有关 。溶液的
pH 值对 C r6+的去除率有很大的影响 ,随着溶液 pH
值的增大 ,改性花生壳对 Cr6+的去除率迅速降低 ,这
与改性花生壳表面功能基团带电状态 、Cr6+在水溶液
中的形态分布及 pH 值的变化有关 。对花生壳进行改
性处理可提高其对 Cr6+的吸附去除率。
(2)用 1.0 g 改性花生壳处理 50 mL 20 mg ·L-1
的 Cr6+溶液 ,在温度为 33℃、pH 值为 2.0 、振荡吸附
120 min 下 , Cr6+的去除率达到 98.4%,残余 Cr6+的
浓度<0.5 mg ·L-1 ,达到了 Cr6+的排放标准。
(3)由于花生壳原料丰富 ,容易获取 ,将其用来处
理重金属废水 ,既可治理环境污染 ,又可以提高花生的
综合经济效益 ,有很好的应用前景 。
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Study on Adsorption of Cr6+ in Water by Modified Peanut Shell
ZHANG Qing-fang ,YANGGuo-dong ,KONG Xiu-qin ,ZHAO Xiang
(College o f Petrochemical Eng ineering , Lanzhou Universi ty of Technology , Lanz hou 730050 , China)
Abstract:Adsorption of Cr6+ by modif ied peanut shell w as studied.The effects o f pH value , initial concen-
t rat ion of C r6+ , contact time , tempe ra ture and modified peanut shell do sage on adso rption had been investig a-
ted.The results indica ted that modified peanut shell had good adso rption to C r6+ .In condition of 33℃, 1.0 g
modi fied peanut shell ,50 mL 20 mg ·L-1 Cr6+ solut ion , the initial pH value 2.0 and contact time 120 min , the
adso rption rate of C r6+ could be up to 98.4%.
Keywords:modified peanut shell;Cr6+ ;adsorption